天问｜物理学家的“三体”世界：用“拉索”获得的新知

本文转自：封面新闻

封面新闻记者 闫雯雯

四川稻城，在青藏高原最大的古冰体遗迹海子山海拔4410米的高处，有着一处国家重大科技基础设施——高海拔宇宙线观测站（拉索），这是世界上海拔最高、规模最大、灵敏度最强的超高能伽马射线天文台，被称为“超级望远镜”。

自从“拉索”投入运行、开始对宇宙进行观测以来，“拉索”合作组的成员们已经在《Nature》、《Science》等国内外有影响力的期刊上持续产出了数篇高质量的论文，将他们的研究成果与全世界的科学家进行共享。

目前“拉索”合作组的成员共有21家合作单位，以及274位成员，其中包括了天文学家、物理学家等。日前，天府宇宙线研究中心正式入驻成都科学城，邀请了众多“拉索”合作组的成员齐聚成都，封面新闻记者采访了北京大学物理学院教授马伯强，与他聊了聊“拉索”能够看到的“外星来客”。

“拉索”看到的高能光子源 为探索“新物理”提供可能性

马伯强教授是著名物理学家，他近年来的主要研究对象就是一些“天外来客”，而“拉索”自从投入观测以来，屡屡发现一些让马教授非常兴奋的东西。

“我们合作组有个成果就是在《Nature》上发表的，通过拉索看到了12个银河系上的高能光子源，其中一个高能光子源的能量高达1.4PeV，也就是1400万亿电子伏特。这是人类第一次看到这么高能量的光子，这为我们研究宇宙线的和宇宙粒子为什么这么高能量提供了一个契机。”

宇宙线亦称为宇宙射线，是来自外太空的带电高能次原子粒子，约有90%左右为质子，其他是电子、光子这些粒子。宇宙线这样的基础前沿物理研究对普通人来说距离实际生活很远，但它却是人类前进的领航员，能够推动人类的文明进程。

“看到了这些东西，就能够开展研究。为什么银河系的各个天体能够发射这么高能量的粒子？其背后的机制是什么？这是所谓高能宇宙线的起源问题。”马教授说，对于物理学家来讲，这些高能量的粒子被人类看到，还有更深一层的意义，“它意味着我们有可能对新物理进行探索，比如是否有超出相对论的新物理？或者是寻找暗物质的可能性？”

幸运地观测到“伽马射线暴” 是千年难遇的机会

2022年10月9日晚上9点多钟，拉索又赶上了一件好事，正好观测到了“伽马射线暴”，这个发现让马伯强非常激动：“这是一个惊人的发现，这个‘非常亮’的伽玛射线暴。大家做了一个估算，在这么高能量、这么近的距离，能够发现一个刚爆的伽玛射线暴，这样的概率，1000年才出现一次。”

能够观测到这个射线暴，天时地利人和缺一不可。

这个伽马射线暴，实际上爆发的时间非常短，一共只有2000多秒；而且它爆发的位置正好处于拉索当时能够观测到的范围之内；再加上拉索是一个全时的观测站；几方面的因素全部占齐了，于是便成就了人类历史上第一次观测到伽马爆发出如此之高能量，达到10万亿量级光伏电子的机遇。

“这次观测到的伽马射线暴，让别国的科学家羡慕的不得了。虽然有一些国外的观测站也能看到，但是看不到这么高能量的光子。”提到这次观测，马伯强非常高兴，“观测的结果有可能关联到新物理，包括没有被人类证实存在的轴子，以及一些没有被观测的惰性中微子，都提供了进行探索的可能。”

物理学家的“三体”世界 新的发现让人很兴奋

就在采访马伯强的前几天，2023年开年的第一“爆剧”《三体》刚刚播完。在《三体》中有一个剧情让人印象深刻。那就是智子为了锁死地球的物理专门针对性地搞地球的科学家，对他们进行人为干扰，导致了部分科学家发疯，甚至是自戕。

作为物理学家是如何看待这个情节的呢？马伯强笑着说：“前几天我有一个关于爱因斯坦的直播里，正好也提到这个问题。物理学是遵循和探索物质运行规律的，这种规律相对是客观的。一个受过科学训练的人，和另外一个受过科学训练的人去观察事物，都应该给出同样的结果。如果两次的结果不同，背后肯定有神秘的原因，所以《三体》里边有那些外星人捣乱，把物理学家给弄疯了。但物理学家也可以根据两次结果的不同，探测有新的因素在起作用。”

这些新的因素可能是《三体》中的外星人捣乱，也可能是一些新的发现：“科学就是我们通过观测事实来对未知的世界进行判断。这些新的因素在我们观测中都会有迹象表明出来，我们要把这种迹象找到，还要判断这种迹象是不是可能的。有时候我们也可能找不到新的东西，但至少可以对它进行一个约束。就是说在多少的概率之上，我们没有发现这样的先例，它可能会在另外一个更小的范围之上再出现。”

马伯强用拉索观测到的高能光子源举了一个例子：“我针对‘超出相对论的新物理存在的可能性’做过十多年的研究，拉索观测到的粒子让我们发现，相对论在一个更高的精度上仍是很好地成立的，能够让我们过去对相对论破坏的约束提高5个量级。”